Structural maintenance of chromosomes (SMC) complexes are critical chromatin modulators. In eukaryotes, the cohesin and condensin SMC complexes organize chromatin, while the Smc5/6 complex directly regulates DNA replication and repair. The molecular basis for the distinct functions of Smc5/6 is poorly understood. Here, we report an integrative structural study of the budding yeast Smc5/6 holo-complex using electron microscopy, cross-linking mass spectrometry, and computational modeling. We show that the Smc5/6 complex possesses several unique features, while sharing some architectural characteristics with other SMC complexes. In contrast to arm-folded structures of cohesin and condensin, Smc5 and Smc6 arm regions do not fold back on themselves. Instead, these long filamentous regions interact with subunits uniquely acquired by the Smc5/6 complex, namely the Nse2 SUMO ligase and the Nse5/Nse6 subcomplex, with the latter also serving as a linchpin connecting distal parts of the complex. Our 3.0-Å resolution cryoelectron microscopy structure of the Nse5/Nse6 core further reveals a clasped-hand topology and a dimeric interface important for cell growth. Finally, we provide evidence that Nse5/Nse6 uses its SUMO-binding motifs to contribute to Nse2-mediated sumoylation. Collectively, our integrative study identifies distinct structural features of the Smc5/6 complex and functional cooperation among its coevolved unique subunits.

染色体结构维持 (SMC) 复合物是关键的染色质调节剂。在真核生物中，cohesin 和 condensin SMC 复合物组织染色质，而 Smc5/6 复合物直接调节 DNA 复制和修复。Smc5/6 不同功能的分子基础知之甚少。在这里，我们报告了使用电子显微镜、交联质谱和计算建模对萌芽酵母 Smc5/6 全息复合物进行的综合结构研究。我们表明 Smc5/6 复合体具有几个独特的特征，同时与其他 SMC 复合体共享一些架构特征。与cohesin 和condensin 的臂折叠结构相反，Smc5 和Smc6 臂区域不会向自身折叠。相反，这些长丝状区域与 Smc5/6 复合体独特获得的亚基相互作用，即 Nse2 SUMO 连接酶和 Nse5/Nse6 亚复合物，后者也作为连接复合物远端部分的关键。我们的 Nse5/Nse6 核心的 3.0 Å 分辨率冷冻电子显微镜结构进一步揭示了一个紧手拓扑结构和一个对细胞生长很重要的二聚体界面。最后，我们提供了 Nse5/Nse6 使用其 SUMO 结合基序促进 Nse2 介导的 sumoylation 的证据。总的来说，我们的综合研究确定了 Smc5/6 复杂的独特结构特征，以及其共同进化的独特亚基之间的功能合作。Nse5/Nse6 核心的 0 Å 分辨率冷冻电子显微镜结构进一步揭示了一个紧手拓扑结构和一个对细胞生长很重要的二聚体界面。最后，我们提供了 Nse5/Nse6 使用其 SUMO 结合基序促进 Nse2 介导的 sumoylation 的证据。总的来说，我们的综合研究确定了 Smc5/6 复杂的独特结构特征，以及其共同进化的独特亚基之间的功能合作。Nse5/Nse6 核心的 0 Å 分辨率冷冻电子显微镜结构进一步揭示了一个紧手拓扑结构和一个对细胞生长很重要的二聚体界面。最后，我们提供了 Nse5/Nse6 使用其 SUMO 结合基序促进 Nse2 介导的 sumoylation 的证据。总的来说，我们的综合研究确定了 Smc5/6 复杂的独特结构特征，以及其共同进化的独特亚基之间的功能合作。